摘要：本文結合工程案例根據場地情況和建筑特點，通過選用合適的基礎形式，對基礎施工問題進行了分析，由于選用了CFG樁復合地基，有效的避開復雜的地質情況，并滿足了工程的設計要求。提出巖溶地區地基處理和基礎設計時應注意的問題及采取相對應的有效措施。
關鍵詞： 巖溶地區 , 復合地基 , CFG樁,  承載力
1 前言
根據統計資料，巖溶發育地區在我省廣泛分布，此類場地地質情況復雜，有石芽、溶溝等多種巖面形態及溶洞、土洞存在，因此在設計建筑物之前必須對場地情況探明精確。限于篇幅，文章主要就巖溶地區地基處理及設計等相關問題做了分析探討。
2 工程概況
某住宅小區由A—E五棟塔樓及一層地下室組成，其中A、B、C三棟為12層小高層住宅，D、E棟為22層高層住宅，地下室做為車庫及設備用房，戰時局部設六級人防，總建筑面積為72000m2。小區平面圖如圖1
                          
                                                                    圖1    小區平面圖
3 地質條件和基礎選型
 3.1地質條件
該建筑場地地貌屬于剝蝕殘丘與沖洪積洼地之過渡地帶，后經過人工整平改造，地勢平坦，地面標高為45.2～51.92m。勘察期間測得地下水穩定水面埋深0.50～3.80m,標高為45.2～51.0m,地下水對混凝土結構不具有腐蝕性。據區域地質資料及現場鉆探結果，場地內未發現有構造破碎帶，也無滑坡、崩塌。塌陷等不良現象，但場地內的基巖下石巖系石灰巖屬可溶巖類，勘查中在石灰巖中發現溶洞，在層7中發現土洞，巖溶特征為覆蓋型，巖溶發育現象嚴重。場地各地層的過程特性指標表1.
表1   地基土特性指標及鉆孔灌注樁建議值  （L為樁入土深度）

 3.2基礎選型
根據勘察報告提供的場地情況及各土層地基設計參數，A、B、C三棟小高層住宅可選用天然基礎，基礎持力層選用層2，結合建筑物地下室情況，采用筏板基礎。而D、E兩棟高層住宅，因天然基礎地基承載力不滿足設計要求，擬采用樁基礎。因巖溶地區基巖情況復雜，有石芽、溶溝等多種基巖面形態及土洞、溶洞存在，不宜采用預應力管樁或沉管灌注樁等樁基礎形式，而且基巖埋深較深，加之巖溶地區地下礦物質豐富，可能存在有害氣體或礦物質，土層軟弱不均，易塌方，人工挖孔擴底灌注樁基礎也不是很好的選擇。最后，考慮沖孔灌注樁成孔深度大，能克服孤石、夾層及溶洞的影響，用作為D、E棟高層住宅的設計樁型。
4 基礎施工中的問題
4.1 筏板基礎的施工
場地地質狀況復雜，土洞、溶洞分布多，而場地地質勘查鉆孔間距多在20m左右，無法精確判明場地土洞、溶洞分布情況。為了查明筏板基礎下的地質條件及淺層土洞、溶洞的具體情況，消除其對基礎的不利影響，前期用地質雷達對場地進行掃描，探測布線間距5 m。根據探測報告顯示，在B、C棟下均發現淺埋土洞，洞頂 最淺處距基礎底面約5 m左右，最大土洞容積約200m3，土洞內有填充物。采用壓力灌漿處理，純水泥漿的水灰比取0.5，現場泵送水泥漿壓力值為0.2MPa,終止泵送水泥漿壓力值2.8 MPa。開挖基槽后，現場驗槽，大部分區域達到設計持力層，局部夾有軟弱土層，因厚度不大，采用換填法處理，分層夯實以滿足設計要求。
4.2 樁基礎的施工
因場地處于巖溶發育區，樁基施工相對復雜。根據現場情況，縣進行D棟樁基礎的施工。為保證成樁順利及樁基的質量，進行了每樁一孔施工超前鉆探揭露，每孔鉆探深度超過樁端深度4m以上，以保證樁端持力層基巖下4m深度內無土洞、夾層或溶洞存在。
在沖孔樁施工過程中，部分樁因遇到了石芽、溶洞等而成樁困難，就現場實際情況采用了多種成樁方案，以下就兩根具有代表性的樁作簡要介紹。
第12號樁，樁徑1600mm，基巖深度26m，到達巖面后，連續沖擊，發現整個巖面傾斜。拋2m塊石再沖至基巖時，錘身仍傾斜，后又拋4m塊石再沖擊方成孔。此樁僅處理巖面斜坡即用時3d。
第38號樁，樁徑1200mm，沖孔過程中遇到溶洞，施工超前鉆探顯示，基巖深度36m。實際沖孔時，沖深為28m時見基巖，因巖質無法滿足終孔條件，后沖至37m終孔，并放鋼筋籠開始清孔，但始終無法成功。后重新放錘做清孔，仍無法完成。此時孔深為37.5m，而后巖層塌落，錘落至39m深度處見基巖，而后在40.6m終孔。在此深度反復清孔，仍有大量泥沙流入。鑒于以上情況，提出兩種處理方案：1）灌混凝土至溶洞頂部，待混凝土硬化后形成護壁，再次清孔；2）回填塊石及粘土至洞頂后，用1.2m直徑沖錘沖孔，在打入鋼護筒（壁厚8mm），然后清空。經可行性及經濟性比較，最終確定采用第二種方案。
D棟原設計共有樁36根，施工歷時近三個月，因為遇到石芽、溶洞等地質情況，成樁難度很大。而對E棟超前鉆探顯示，其地質情況比D棟更為復雜，如何選擇更合理的基礎處理方案成為保證工程順利進行的關鍵問題。
5 復合地基方案的應用
 5.1復合地基處理要求
根據上述情況，場地復雜的地質情況給樁基礎施工帶來很大困難，對造價和工期均有很大影響。是否能夠避開下面復雜巖層，通過處理上部地基形成復合地基的方法來滿足設計要求成為解決這一矛盾的途徑。場地采用復合地基應具備兩個基本條件：1）在地層中應有一連續可靠、分布均勻德爾硬殼層作為持力層；2）查明土洞的空間發布，淺埋土洞易于處理，不影響上部基礎的整體特性。根據勘測報告，第一個基本條件是具備的，地層中有一連續發布的含礫泥質砂巖層，地基承載力為350kPa,可作為復合地基持力層。根據地質雷達探測報告顯示，大部分土洞埋深在25m以下，部分淺埋土洞可通過壓力灌漿消除其對地基的不良影響。根據上部結構計算，復合地基承載力特征值要求達到360kPa以上，在上部荷載作用下總沉降量應控制在5cm以內，沉降差控制在2cm以內。由于設計要求較高的承載力特征值，而需處理的殘積土天然承載力特征值在160kPa左右，經技術可行性、處理費用、工期等方面比較，采用CFG樁處理地基是較佳選擇。
 5.2復合地基設計
CFG樁施工工藝簡單，施工周期短，可全樁長發揮側阻力，同時具有良好的端阻效應，對地基天然承載力的提高有較大的可調性。CFG樁設計主要需要確定五個參數，即樁長ι，樁徑d，樁間距s，樁體試塊抗壓強度平均值fcu和褥墊層材料及厚度。
（1） 樁長ι  CFG樁要求樁端落在強度較高、壓縮性較小的土層上。根據場地勘測報告，確定樁端持力層選擇含礫泥質砂巖層，平均樁長16.3m。
（2） 樁徑d  樁徑取決于所選的施工設備，工程采用長螺旋鉆成孔、管內泵壓成樁工藝，樁徑采用d=400 mm。
（3） 樁間距s  根據上部荷載要求，處理后的復合地基承載力特征值要求達到360kPa以上，根據《建筑地基處理技術規范》（JGJ79—2002）,單樁豎向承載力特征值可按以下方式計算：   Ra=up∑qaiιi+qpAp             (1)
式中，up為樁的周長，qai樁周第i層土的側阻力，qp為樁周第i層土的樁端端阻力特征值，Ap為樁的橫截面面積。
復合地基承載力特征值可按以下方式計算：fapk=mRa/Ap+β(1-m) fak     (2)
式中，fapk為復合地基承載力特征值；m為樁土面積置換率；β為樁間土承載力折減系數；fak為處理后樁間土承載力特征值，可取天然地基承載力特征值。
當樁正方形布置時，樁間距可由以下式反求：m=d2/(1.13s)2             (3)
根據式（1），可以求出Ra=635kN；根據式（2）可以求出m≥0.052；根據式（3）可以求出s=1 500 mm
（4） 樁體試塊抗壓強度平均值fcu根據《建筑地基處理技術規范》［3］fcu=3Ra/Ap，可求得fcu≥15.2MPa，據此，取CFG樁體混凝土強度等級為C25。
（5） 褥墊層材料及厚度，褥墊厚度過小，樁間土承載能力不能充分發揮，必然增加樁的數量或長度，造成經濟浪費；褥墊厚度過大，會導致樁、土應力比接近1，此時樁承擔的荷載太少，復合地基中樁的設置失去意義，而且地基承載力提高不多。根據實際工程，褥墊層厚度取200mm，材料采用級配沙石，碎石粒徑8～20mm。
 5.3復合地基施工技術要求
通過大量工程實踐，CFG樁復合地基設計就承載力而言不會有太大問題，重要的是施工環節。由于工程場地處于巖溶發育區，地下水位高，補給豐富，為保證施工過程場地穩定性和地基處理效果，施工要求：1嚴格控制降水深度，施工期水位降至基底標高下1cm；2基坑開挖時應預留保護土層厚度1m；3工藝采用具有對樁間土無擾動、無泥漿污染、無振動、低噪音、施工效率高及質量容易控制等特點的長螺旋鉆成孔，及管內泵壓成樁工藝；4基底開挖的平面尺寸以建筑物的底板邊緣為基準向四周均擴出1cm；5嚴格按配合比配料，攪拌時間不小于60s，塌落度控制在16～20cm；6成樁時，應在鉆桿芯管充滿混合料后開始拔管，嚴禁先提管后泵料，成樁的提拔速度宜控制在2～3m/min；7及時檢查排氣閥是否堵塞，杜絕樁體充氣；8褥墊層鋪設采用靜力壓實，夯填度取0.88.
 5.4地基檢測
復合地基施工完成后28d，混凝土強度達到設計要求后，由專業檢測單位對復合地基及樁身完整性進行檢測。采用平板靜載試驗法對復合地基處理質量檢測，平板尺寸1.8m×1.8m，每個平板下有4根樁，共布置6個檢測點。測得最小沉降量為0.8cm，最大沉降量為2.3cm，滿足設計規范要求。采用低應變變法對樁身進行檢測，抽檢數量為總樁數的20%，經檢測，樁身完整性良好，未發現明顯缺陷的Ⅲ，Ⅳ類樁。
6   結  語
在巖溶地區通過處理上部地基形成復合地基是一種有效的途徑，CFG樁復合地基在技術可行性、經濟性及工期等方面對比其他處理方案具有一定的優勢，由于對工程場地事前做了精確勘測，充分準備，根據建筑的具體特點，選用了CFG樁復合地基，取得了良好的效果。
參考文獻
[1] 建筑地基基礎設計規范  (GB50007-2002)[S].北京：中國建筑工業出版社, 2002
[2] 高層建筑混凝土結構技術規程 JGJ3-2002)[S]. 北京：中國建筑工業出版社, 2002
[3] 建筑地基處理技術規范(JGJ79-2002)[S]. 北京：中國建筑工業出版社, 2002